一种空气和油中具有超疏水性能的织物及制备方法和用途与流程

本发明涉及一种超疏水织物及其制备方法和用途，具体是利用浸渍法制备一种在空气中和油中均具有超疏水性能的织物，以扩大超疏水织物的使用范围。

背景技术：

超疏水织物凭借其独特的自清洁、抗污染等性能，日益受到人们的青睐，是目前功能纺织品的热点之一。研究人员已通过纳米粒子负载法（中国发明专利CN102321974A）、接枝聚合物法（Adv. Mater. 2010, 22, 5473-5477）、溶胶-凝胶法（中国发明专利CN102277720A）等制备了大量超疏水织物。然而，这些制备的超疏水织物的机械耐久性较差，经过摩擦甚至手指触摸后，织物很容易失去超疏水性能。为了解决超疏水织物机械耐久性差的问题，国内外研究人员进行了一系列探索研究。例如：中国发明专利CN103074768A通过碱液刻蚀和低表面能物质修饰制备了耐洗涤和耐摩擦的超疏水涤纶织物。S. Seeger等人通过在织物表面原位生长硅纳米线制备了稳定超疏水织物。但是，这些方法也具有一些缺点，例如制备过程较为繁琐，需要昂贵的化学药品和特定仪器。因此，发展一种简单、经济的方法来制备耐久超疏水织物就显得十分重要。

如果超疏水织物在油环境中时仍具有超疏水性能将能极大提高超疏水织物的环境耐久性，并能极大提高超疏水织物的附加值和实用性，从而拓宽超其应用范围。但是，目前所得的织物只是在空气中具有超疏水性能，还没有关于油中超疏水织物的研究报道。因此，发明在油中超疏水织物是极为必要的，对于超疏水织物的推广和应用也具有重要的意义并且有着潜在的巨大市场。

技术实现要素：

本发明针对现有技术解决超疏水织物稳定性存在的问题，提供一种耐久超疏水织物及其制备方法和用途，此方法工艺简单、成本低廉、重复性好。

本发明的另一目的是提供一种在油中具有超疏水性能织物及其制备方法和用途，以提高超疏水织物的应用范围。

本发明所提供的一种空气中和油中均具有超疏水性能的织物的制备方法，包括如下步骤：

A 烷基化二氧化硅的制备：

常温下，向均匀含有二氧化硅颗粒的甲苯溶液中滴加有机氯硅烷，然后磁力搅拌6h；

待反应结束后，离心处理并除去上清液，然后使用乙醇洗涤产物除去未反应的有机氯硅烷，再次离心处理，70℃下干燥产物后得到烷基化二氧化硅颗粒；

该步骤中所用二氧化硅、有机氯硅烷及甲苯质量百分比为1：0.5~1：35；

该步骤中所用有机氯硅烷为三氯十八烷基硅烷或者三甲基氯硅烷中的任意一种；

B 烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液的制备：

将烷基化二氧化硅颗粒和聚四氟蜡颗粒加入甲苯中，常温下磁力搅拌1h使烷基化二氧化硅和聚四氟蜡在甲苯中分散均匀，得到烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液；

该步骤中所用烷基化二氧化硅、聚四氟蜡及甲苯的质量百分比为4～1.5：1：85；

C 超疏水织物的制备：

将织物浸渍在烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液中1~30min后取出，然后在108~150℃下烘干除去甲苯后，得到空气中和油中均具有超疏水性能的织物。

优选，步骤A所用二氧化硅的粒径为5～70 纳米。

优选，步骤B所用聚四氟蜡的粒径为5～15 微米。

优选，步骤C的烘干温度为130℃下效果最优。

优选，所用织物选自商品化的聚酯纤维织物或棉纤织物中的任意一种。

本发明还提供了一种采用以上所述制备方法制备得到的空气中和油中均具有超疏水性能的织物。

本发明制备的空气中和油中均具有超疏水性能的织物可以应用于水中或油中。

通过本方法制得的超疏水织物，水珠在其表面的接触角为155.5^o～158 ^o，滚动角为5 ^o～7 ^o。

本发明的原理在于聚四氟蜡可以降低织物表面的表面自由能并且可以增强烷基化二氧化硅和织物纤维之间的附着力。烷基化二氧化硅可以提高织物表面粗糙度并进一步降低织物表面的表面能。聚四氟蜡的含量过高，织物表面的粗糙度将降低，织物无法实现空气中和油中超疏水性能。烷基化二氧化硅的含量过高，其与织物纤维之间的附着力下降，织物无法实现持久的超疏水性能。

织物表面浸渍聚四氟蜡和烷基化二氧化硅后，要对其进行加热处理。加热处理温度要高于聚四氟蜡的熔点108℃使其熔融，这样聚四氟蜡就会在织物纤维表面熔融包裹住烷基化二氧化硅，从而提高聚四氟蜡和烷基化二氧化硅在织物纤维表面上的粘结强度，这样所制备的织物就会展现出稳定的超疏水性能。当加热温度低于聚四氟蜡的熔点时，尽管织物会展现出超疏水性能，但是其超疏水性能并不稳定，在外力的作用下很容易失去。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明的超疏水织物经手指触摸、刀片划割、及与砂纸30次对磨后（垂直压力，摩擦速度），其与水滴的接触角仍然大于150 ^o。

2、本发明的超疏水织物制备方法工艺简单、制备成本低廉、不需要特定的仪器设备。

3、本发明的超疏水织物制备方法不受织物基材种类限制，对棉、涤纶及其他织物都适应。

4、本发明的超疏水织物在油环境中仍然具有超疏水性能。

附图说明

图1为本发明实施例1所制样品的经与砂纸30次对磨后的光学照片。

图2为本发明实施例1所制样品在二甲基硅油超疏水性能光学照片。

具体实施方式

实施例1：

烷基化二氧化硅的制备

常温下，将粒径为5～70 纳米的0.5g二氧化硅颗粒加入20ml甲苯中，超声分散15min后，在搅拌过程中将0.5g三氯十八烷基硅烷滴加入上述分散体系中，继续搅拌6h。反应结束后，离心处理，除去上清液。乙醇洗涤产物以除去未反应三氯十八烷基硅烷，离心处理，70℃下干燥后得到烷基化二氧化硅颗粒。

烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液的制备

将0.2g烷基化二氧化硅颗粒和0.05g粒径为5～15 微米的聚四氟蜡颗粒加入20ml甲苯中，常温下磁力搅拌1h使烷基化二氧化硅和聚四氟蜡在甲苯中分散均匀，得到烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液；

超疏水织物的制备

将涤纶织物浸渍在烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液中1min，将涤纶织物从上述溶液中取出， 130℃下烘干30min以除去甲苯，得到超疏水涤纶织物。

得到超疏水织物与水滴的接触角为158 ^o，滚动角为5 ^o。经手指触摸、刀片划割、及与砂纸30次对磨后（垂直压力7N，摩擦距离30cm，摩擦速度3cm/s），其与水滴的接触角为152^o，滚动角为14 ^o。当把得到的超疏水织物浸入二甲基硅油中时，水滴在其表面的接触角为163 ^o。

实施例2：

烷基化二氧化硅的制备

常温下，将粒径为5～70 纳米的0.5g二氧化硅颗粒加入20ml甲苯中，超声分散15min后，在搅拌过程中将0.5g三甲基氯硅烷滴加入上述分散体系中，继续搅拌6h。反应结束后，离心处理，除去上清液。乙醇洗涤产物以除去未反应的三甲基氯硅烷，离心处理，70℃下干燥后得到烷基化二氧化硅颗粒。

烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液的制备

将0.15g烷基化二氧化硅颗粒和0.05g粒径为5～15 微米的聚四氟蜡颗粒加入20ml甲苯中，常温下磁力搅拌1h使烷基化二氧化硅和聚四氟蜡在甲苯中分散均匀，得到烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液；

超疏水织物的制备

将涤纶织物浸渍在烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液中5min，将涤纶织物从上述溶液中取出， 130℃下烘干30min以除去甲苯，得到超疏水涤纶织物。

得到超疏水织物与水滴的接触角为157 ^o，滚动角为6.8 ^o。经手指触摸、刀片划割、及与砂纸30次对磨后（垂直压力7N，摩擦距离30cm，摩擦速度3cm/s），其与水滴的接触角为151.5^o，滚动角为15 ^o。当把得到的超疏水织物浸入二甲基硅油中时，水滴在其表面的接触角为161.5 ^o。

实施例3：

烷基化二氧化硅的制备

常温下，将粒径为5～70 纳米的0.5g二氧化硅颗粒加入20ml甲苯中，超声分散15min后，在搅拌过程中将0.5g三氯十八烷基硅烷滴加入上述分散体系中，继续搅拌6h。反应结束后，离心处理，除去上清液。乙醇洗涤产物以除去未反应三氯十八烷基硅烷，离心处理，70℃下干燥后得到烷基化二氧化硅颗粒。

烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液的制备

将0.1g烷基化二氧化硅颗粒和0.05g粒径为5～15 微米的聚四氟蜡颗粒加入20ml甲苯中，常温下磁力搅拌1h使烷基化二氧化硅和聚四氟蜡在甲苯中分散均匀，得到烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液；

超疏水织物的制备

将棉纤织物浸渍在烷基化二氧化硅-聚四氟蜡甲苯溶液中10min，将棉纤织物从上述溶液中取出， 130℃下烘干30min以除去甲苯，得到超疏水棉纤织物。

得到超疏水织物与水滴的接触角为157.7 ^o，滚动角为5.5 ^o。经手指触摸、刀片划割、及与砂纸30次对磨后（垂直压力7N，摩擦距离30cm，摩擦速度3cm/s），其与水滴的接触角为151^o，滚动角为15 ^o。当把超疏水织物浸入二甲硅油中时，水滴在其表面的接触角为162 ^o。